1、 本科毕业设计 (论文 ) ( 届 ) 论文题目 基于 AD9851 的信号源设计 (英文 ) Design Signal Source Based on AD9851 所在学院 电子信息学院 专业班级 电子信息 工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 日 摘 要 信号发生器是一种能产生标准信号的电子仪器，是现代科研、通信系统、电工、电子教学试验以及各种电子测量技术中经常使用的电子仪器之一，在导航、通信、雷达等领域有着广泛的应用。文中采用了 DDS 技术，并以 AD9851 芯片为核心，以 C8051 微型处理为控制单元，并辅以液晶显示、键盘控制等单元来设计一种性能优良的多功能
2、信号发生器。编写键盘功能程序、液晶功能程序、DDS 模块和单片机程序，应用 Keil Uvision2 IDE 调试环境进行全速的在系统编程(ISP)和调试。 实际测试结果表明，基于 AD9851 芯片的信号源工作 可靠、效果良好，而且切换频率速度快，既满足了输出波形高稳定度、高精度、高分辨率的要求，输出的正弦波在 20MHz 范围内波形无明显失真，满足任务书设计要求。 关键词： 信号发生器； DDS； AD9851； C8051 Abstract The signal generator is an electronic instrument that produces a standard
3、 signal , and it is widely used in navigation, communications, radar and electronic equipment in modern scientific research , communications systems , electrical work and other applications areas. Using DDS technology , and the AD9851 chip as the core, the C8051 microprocessor control unit , support
4、ed by LCD , keyboard control unit to design a performance excellent and versatile signal generator . With Keil Uvision2 IDE debugging environment for full-speed in-system programming (ISP), the functional program of the keyboard , LCD function program , the DDS module and microcontroller program is
5、written and debugged. The actual test results show that the design can output the waveform of high stability , high accuracy and high resolution based on the AD9851 chip,and signal source is reliable, works well, and fast switching frequency , the output of the sine wave waveform within the 20MHz ra
6、nge no obvious distortion to meet the design requirements of the mission statement . Key Words: Signal generator; DDS; AD9851;C8051 目录 1 引言 . 1 2 总体设计 . 2 3 硬件设计 . 3 3.1 微处理器模块 . 3 3.1.1 微处理器 单元电路 . 3 3.1.2 时钟电路 . 5 3.1.3 复位电路 . 6 3.2 键盘和显示模块 . 6 3.2.1 键盘 . 6 3.2.2 液晶显示模块 . 7 3.3 DDS 模块 . 8 3.3.1 AD
7、9851 芯片介绍 . 9 3.3.2 DDS 模块电路设计 . 10 4 软件设计 . 12 4.1 总体程序设计 . 12 4.2 键盘和显示程序设计 . 14 4.2.1 键盘功能实现 . 14 4.2.2 液晶显示功能实现 . 15 4.3 AD9851 程序设计 . 18 4.3.1 AD9851 控制寄存器定义 . 18 4.3.2 串行数据格式 . 18 4.3.3 AD9851 程序设计 . 19 5 制作和调试 . 20 6 结论 . 22 致 谢 . 23 参考文献 . 24 附录 1 系统实物图 . 25 附录 2 部分实验程序 . 26 附录 3 毕业设计作品说明书 .
8、 29 1 引言 当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的进步，给人类带来了根本性的转变。中国电子测量仪器，随着世界高科技发展的潮流，走进了高科技发展的道路，为我国国名经济、科学教育、特别是国防军事的发展做出了巨大的贡献。我国电子测量仪器在若干重大 领域中取得了突破性的进展，为我国电子测量仪器走向世界水平奠定了良好的基础。 随着现代电子技术的发展，在通讯、雷达、宇航、电视广播、遥控遥测和电子测量等使用领域，都需要在一个特定的频率范围内使用一系列频率信号。这时，信号的频率和稳定度就显得尤为重要。信号发生器是用来提供各种测量所需波形信号的电子仪器，是一种常用的信号源，可广泛
9、应用于自动控制、科学试验和电子电路等相关领域。但在分析电路时，也常常需要了解输出信号与输入信号之间的关系，为此，常用信号发生器来产生信号以激励系统，同时观察和分析系统对激励信号的响应 1-2。 现如今，信号发生器的应用越来越广，同时也对信号发生器的频率稳定度、频率范围和输出信号的频率分辨率提出了越来越高的要求。因此，国内外纷纷采用直接数字频率合成技术来设计制作先进的信号发生器。 DDS 采用直接数字频率合成技术、高速的数字电路和高速的 D/A 转换技术。此外， DDS 具有非常宽的调谐范围，采用 DDS 数字方法可以产生多种波形，可以实现多种数字式调制。所以，本文采用高性能的 DDS 集成芯片
10、 AD9851 设计并制作出信号发生器。用该方法设计的信号发生器具有频率稳定、变频加速、幅值稳定、波形失真度 低、电路结构简单等特点 3-4。 2 总体设计 在信号发生器设计过程中要尽量使电路简单化和模块化，并充分利用软件智能化功能。因为硬件多了，不但增加体积和成本，而且也使系统的可靠性和性价比下降。本设计遵循这一原则，在实现硬件电路功能的前提下，尽量简化硬件电路设计。系统硬件组成框图如图 2-1 所示： 图 2-1 系统总体框图 本系统由键盘模块、微处理器模块、 DDS 模块、显示模块及一些外围电路组成。 其中，单片机用来实现对整个系统的控制，本设计选用的是性价比高、低功耗、高性能的 805
11、1 单片机 。控制信息通过与单片机相连接的键盘输入，经单片机处理后转换为频率 /相位控制字通过接口电路送至 DDS 芯片。然后经过 DDS的 D/A 转换器就可以得到想要的输出信号。 8051 与 AD9851 可采用并行通信方式也可以采用串行通信方式，并行通信方式需要较多的 I/O 口。 系统中的键盘模块和显示模块提供人机接口，便于选择不同的信号频率和信号类型。 最后，所有的硬件都需要通过软件来控制操作，软件的程序编写可以用 C语言来完成。 3 硬件设计 基于 AD9851 的信号源硬件电路包括微处理器模块、键盘和显示模块及 DDS模块三部分。 3.1 微处理器模块 微处理器：计算机系统核心
12、部件（ CPU）并不是一台完整的计算机。 8051 是最早的最典型的产品，该系列其它单片机都是在 8051 的基础上进行功能的改变而来的，所以人们习惯于用 8051 来称呼 MCS51 系列单片机，以满足不同的需求。 3.1.1 微处理器 单元电路 本系统采用的单片机是 C8051F005 芯片，是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与 8051 兼容的高速 CIP-51 内核，与 MCS-51 指令集完全兼容，内置 32KB的 FLASH 程序存储器、具有 256B 内部 RAM 和 2048B 的 XRAM。 C8051F005单片机具有片内调试电路，可通过 JTAG 接口可以进行非侵入式、
13、全速的在线系统调试。该单片机供电电压为 2.7-3.6V5-6。 本系统的微处理器采用 8051 是 MCS-51 系列单片机的其中一种机型。MCS-51 系列单片机和通用微机有所不同， MCS-51 系列单片机在数据 RAM 区有一个工作寄存器区；单片机把程序内存和数据存储器分成两个独立的地址空间，采用不同的寻址方式，使用两个不同的地址指针， PC 指向程序内存， DPTR指向数据存储器；单片机的 I/O 端口在 程序的控制下都可有第二功能，可由用户系统设计者灵活选择；它内部有一个全双工串行口，可同时发送和接收，有两个物理上独立的接收、发送缓存器 7-8。 通过对芯片的引脚进行配置，选择 P
14、0、 P1、 P2、 P3 口连接 DDS 模块、液晶等模块实现系统功能。图 3-1 是 C8051 基本配置原理图。 图 3-1 C8051 基本配置原理图 8051 是一个高性能单片微控制器内核 ,与 Intel 8051 指令集兼容。主要由以下功能单元构成 : (1) 控制单元 (Cont rol Unit ) ：负责取指、译码。 8051 指令的第一个字节是操作码，译码就针对指令的 第一个字节进行。译码得到的信息包括指令的长度和指令执行的周期数，同时将指令分派给各个执行部件 9-10。 (2) 算术逻辑运算单元 (ALU) ：负责进行算术逻辑运算 ,支持 8 位 (8 8) 乘法和 8
15、 位除法。 (3) 乘除法单元 (MDU)：负责 16 16 位乘法、 32/ 16 位乘法、 16/ 16 位除法、 32 位归一化操作以及 32 位移位操作。 (4) 功耗管理单元 ( PMU) ：提供两种电源管理模式，即空闲 ( IDLE) 以及掉电模式 (STOP) 。 (5) 调试器接口 (OCI) ：片上 Debug 调试接口。 (6) 复位控制模块 (RSTCTRL) ：产生系统复位信号。 (7) 时钟控制模块 (Clock Cont rol)：接收外部时钟信号，产生系统所需内部时钟。此外，还有 8051 的基本外设如四个端口 ( Port s) 、两个定时器 ( Timer)
16、、两个串行通信口和看门狗电路 (Watchdog) 所需的时钟也是由时钟控制模块提供的。 3.1.2 时钟电路 C8051 有内部和外部振荡器，每个振荡器都可以产生系统所需时钟。当 /RST引脚为低电平时单片机复位，振荡器都被禁止。当 /RST 引脚为高电平 时单片机脱离复位， MCU 可以从内部振荡器运行，也可以从外部振荡器运行 6。本设计中 单片机采用外部振荡器。 外部振荡器需要一个外部谐振器、并行方式的晶体、电容或 RC 网络连接到 XTAL1/XTAL2 引脚。 时钟电路如图 3-2 所示： 图 3-2 C8051 单片机时钟电路 外接石英晶体 (或陶瓷谐振器 )及电容 C1、 C2
17、接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡器工作的稳定性，如果使用石英晶体，电容一般使用 30pF10pF，而使用陶瓷谐振器选择 40pF10pF。 3.1.3 复位电路 复位是单片机的重要操作内容。在简单的复位电路中，只要在微处理芯片的/RST引脚保持低电平达 2个以上的机器周期，即可完成一次复位操作。考虑到电源的稳定时间，参数漂移，一般只要在 /RST引脚出现 10ms以上的低电平，就能使单片机复位 9。 一般上电复位电路是利用 RC充电原理实现的， C8051F000系列 MCU内部有一个电源监视器，在上电期间该监视器使 MCU保
18、持在复位状态，直到 VDD上升到超过 /RST的电平，如图 3-3所示。初始上电，电容两端等电位，则 /RST为低电平，随着对 电容的充电， /RST 端电位逐渐升高，直至高电平。 R、 C 值的选取使 /RST端保持 10ms 的低电平，从而实现复位功能。在程序运行过程中，如果出现意外情况，按下复位按钮，电容 C37通过电阻 R16放电， /RST引脚为低电平，从而实现手动复位。 图 3-3 单片机复位电路 3.2 键盘和显示模块 3.2.1 键盘 在过程控制和智能化仪器仪表中，通常是用微机控制器进行实时控制和数据处理的，为实现人机对话控制，键盘是必不可少的功能配置。利用按键可 以实现向单片机输入数据、传送命令、切换功能等，是人工干预单片微机系统的主要手段。
